Tulvakartoitusten pohjana tarkka ja ajantasainen tieto ympäristöstä

Tulvat ovat uhka rakennuksille, tiestölle ja muulle infrastruktuurille. Tulvariskien tunnistamiseen ja hallintaan pyritään varautumaan yhä paremmin EU:n tulvadirektiivin puitteissa.

Suomessa on tunnistettu 21 merkittävää tulvariskialuetta osana direktiivin mukaista tulvasuojelutyötä. Vesistön tulvimisesta aiheutuu suurimmat riskit Rovaniemellä ja Porissa. Meriveden noususta taas aiheutuu merkittäviä riskejä esimerkiksi pääkaupungin ja Turun seuduilla. Rankkasadetulvien esiintymisistä ei ole arvioita. Tarkka 3D-tieto parantaa tulvavahinkojen arviointia.

Miten tulvat syntyvät ja miten niitä mallinnetaan?

Veden virtaukset ja haihtuminen vaikuttavat monin tavoin luontoon ja rakennettuun ympäristöön. Valuma-alueille satava vesi kertyy pinta- ja pohjavalunnan kautta uomastoon ja virtaa vesistöjen kautta lopulta mereen. Sieltä vesi taas haihtuu ilmakehään ja kulkeutuu ilmavirtauksissa uusille alueille sataen joko mereen tai mantereelle. Tätä luonnonsysteemiä kutsutaan hydrologiseksi kierroksi. Sateen ja uomastossa virtaavan veden määrän nopea lisääntyminen ilmenee rankkasade- ja vesistötulvina osana tätä kiertoa.

Tulvien ennakoinnissa tulvien laajuutta ja kestoa arvioidaan laskennallisilla virtausmalleilla, joita on kehitetty eri tulvatyypeille. Mallien lähtötietoina käytetään mallinnettavan alueen suurinta ja pienintä virtaamaa, vedenkorkeutta tai sademäärää sekä koko alueen topografiaa mukaan lukien ihmisten tekemät pengerrykset, padot ja muut rakenteet. Mallit laskevat kullekin joen virtaamalle (vesistötulva) tai rankkasateelle (hulevesitulva) tulvalaajuudet.

Tulvalaajuuskarttoja tehdään yleensä tulville, jotka toistuvat tilastollisesti 2-250 vuoden välein. Vedenpinnan korkeusvaihtelut eivät alavilla alueilla ole suuria usein ja harvoin tapahtuvien tulvien välillä. Siksi korkeusmallin tarkkuus on ensiarvoisen tärkeää tulvalaajuuskartoitusta tehtäessä.

Miten pistepilvet auttavat tulvamallinnuksessa?

Laserkeilauksella saadaan tarkka kolmiulotteinen malli maanpinnan muodoista laskennallisen virtausmallin lähtötiedoiksi. Yksi keskeisimmistä uusista menetelmistä laserkeilauksessa on liikkuva laserkeilaus maasta. Tässä menetelmässä lasersädettä lähetetään kartoitusyksiköstä eli keilaimesta ympäristöön. Säde heijastuu takaisin ympäristön pinnoista, kuten talon seinistä tai kuivan ojan pohjasta. Keilain mittaa säteen lentoajan ja kulman. Lisäksi laitteen paikannusyksikkö tallentaa keilaimen sijainnin ja kallistukset mittauksen ajalta. Keilain ja paikannusyksikkö voidaan sijoittaa auton katolle, selkäreppuun tai mönkijään.

Mittausten tuloksena on miljoonien pisteiden pistepilvi, josta tiedetään jokaisen pisteen kolmiulotteinen sijainti. Pisteitä voidaan edelleen luokitella esimerkiksi siten, että rakennuksien pinnat ja vesistöt kuuluvat omiin luokkiinsa. Näin alueesta saadaan kolmiulotteinen malli, jossa tiedetään senttimetritarkkuudella katujen korkeus, talojen kolmiulotteinen muoto sekä sijainti ja paikalliset luonnolliset tai ihmisen tekemät painanteet.

Kolmiulotteinen luokiteltu pintamalli on erinomainen lähtöaineisto laskennallisille virtausmalleille ja sen perusteella laadittuun tulvalaajuuskarttaan sekä edelleen tulvariskien arviointiin. Laskennallisella virtausmallilla, jossa geometria-aineistona on tarkka laserkeilauksella tehty pintamalli, saadaan huomioitua pienienkin korkeuserojen vaikutukset veden virtauksiin ja siten kartoitettua mahdollisen tulvan laajuus tarkasti. Tämä parantaa edelleen tulvavahinkoarvioita. Ympäristö- ja pelastusviranomaiset hyödyntävät tulvalaajuustietoja ennakoivassa tulvasuojelutyössä. Tulvamallitietojen avulla pelastustoimet voidaan kohdistaa oikein.

Pointcloud-hankkeemme kehittää menetelmiä ympäristön kolmiulotteiseen kartoittamiseen, jotta tulvariskeihin voidaan varautua yhä paremmin. Ympäristön 3D-digitalisaatio on osa teknologiamurrosta, joka lisää turvallisuutta ja luo tilaa esimerkiksi uudelle yritystoiminnalle.

Teksti: Petteri Alho ja Harri Kaartinen

Kuva: Antti Fager-Pintilä